NI FlexRIO 前端模組開發組合

NI FlexRIO 前端 MDK 包含所有必要資訊，讓使用者能開發客制化前端模組。  內含完整的說明文件，詳細解說 NI FlexRIO 的軟硬體介面。該組合並提供入門檔案與範例。客戶將收到機殼、PCB 配置檔案，與相關機械繪圖。MDK 使用者亦將享有 NI FlexRIO MDK 的相關支援，並獲得 NI 研發部門的技術支援。 下列為 MDK 內容物的詳細清單：

說明文件

• NI FlexRIO 前端模組開發組合使用者手冊
• MDK 最終使用者授權協議
• MDK 資料表

軟體

• 前端模組範例支援檔案
• I²C 存取範例 VI

硬體

• 3 組空白的前端模組機殼
• 1 組分窗式 (Windowed) 前端模組機殼，適用於針測電路 (Probing circuitry)

設計檔案

• PCB 輪廓機械繪圖 
• 介面卡邊緣接頭機械繪圖
• 前端模組人機介面機械繪圖

特殊支援資源

• NI 研發部門提供的 NI FlexRIO MDK 支援資源與技術協助
• NI 研發部門可提供電路簡圖/配置共 1 小時的審閱時間

建立客制化前端模組的進階步驟如下：

1.設計並建立前端模組—電路簡圖、配置與組件等

MDK 包含所有必要的繪圖、配置檔案與相關說明，所建立的 PCB 將可透過機械或電子方式，介接 NI FlexRIO FPGA 模組。檔案並提供標準的 .dxf 與 .dwg 格式，可搭配使用客戶自己的 PCB 設計工具。

2.註冊 IO Module ID 並進行 ID EEPROM 的程式設計

進行 EEPROM 程式設計的相關說明，均詳細記載於 NI FlexRIO 前端模組開發組合使用者手冊中。

3.建立前端模組定義檔 (.fam)

定義檔可讓 LabVIEW 開發環境顯示該模組，並可定義模組的特殊電子特性。MDK 亦提供說明與範例檔案。

4.建立前端模組 CLIP (HDL 與 XML)

前端模組的 Component-Level IP (CLIP) 與 XML 描述，將可針對硬體到 LabVIEW 的獨立輸出/入埠，建立映射作業。MDK 則包含這些檔案的說明文件與範例。

5.針對前端模組與 CLIP 撰寫 LV FPGA VI

在定義所有的介面之後，則可使用 LabVIEW FPGA 與客制化的前端模組通訊，並接著開發系統的其他部分。MDK 中亦包含 FPGA 設計 VI 的範例與說明文件；相關範例將透過 PXI 匯流排，使用 DMA 與範例主程式進行通訊。

使用者與團隊必須具備下列技術才能順利開發前端模組：

• PCB 設計—電路簡圖與配置
• PCB 製作/組裝
• HDL 開發/整合
• LabVIEW 與 LabVIEW FPGA 開發

1. Virtex-5 架構式 NI FlexRIO

前端模組介面將可凸顯 Virtex-5 FPGA I/O 的完整功能與彈性，並可針對多樣的前端模組應用，提供通用的介面。 此介面包含固定式與可設定的電力軌 (Power rail)，還有已定義完畢的控制訊號，適用於前端模組的偵測與識別作業。 以下為 NI FlexRIO FPGA 與前端模組之間的實體介面摘要。

電力軌 (Power rail)

• +3.3V、+12V 導軌
• 可設定的 V_ccoA 與 V_ccoB 導軌，適用於 FPGA I/O 組間與前端模組 (設定為 1.2、1.5、1.8、2.5、3.3)

通用 FPGA I/O

• 132 個單端點通道 (可設定為 66 個差動偶合)，可連接 Virtex-5 FPGA 至前端模組
  • FPGA I/O 組間 (透過 V_ccoA and V_ccoB 供電)
  • 軌道阻抗：單端點 50 Ohm；差動端點 100 Ohm

時脈

• 從前端模組至 NI FlexRIO FPGA，共有 2 組總體時脈輸入
  • 1 組 3.3V LVTTL 輸入
  • 1 組 2.5 LVDS 差動偶合輸入

控制

• 共 2 組 IO Module 將說明交握訊號至 NI FlexRIO FPGA (Present 與 Power good) 的狀態
• I²C 匯流排可適用於 IO Module 的 EEPROM 識別
  

2. 7 系列架構式 NI FlexRIO

前端模組介面將可凸顯 7 系列 FPGA I/O 的完整功能與彈性，並可針對多樣的前端模組應用，提供通用的介面。 此介面包含固定式與可設定的電力軌 (Power rail)，還有已定義完畢的控制訊號，適用於前端模組的偵測與識別作業。 以下為 NI FlexRIO FPGA 與前端模組之間的實體介面摘要。

電力軌 (Power rail)

• +3.3V、+12V 導軌
• 可設定的 V_cco 導軌，適用於 FPGA I/O 組間與前端模組 (設定為 1.2、1.5、1.8、2.5、3.3)

通用 FPGA I/O

• 136 個單端點通道 (可設定為 68 個差動偶合)，可連接 7 系列 FPGA 至前端模組
  • FPGA I/O 組間 (透過 V_cco 供電)
  • 軌道阻抗：單端點 50 Ohm；差動端點 100 Ohm

時脈

• 從前端模組至 NI FlexRIO FPGA，共有 6 組總體時脈輸入
  • 1 組 3.3V LVTTL 輸入
  • 1 組 2.5 LVDS 差動偶合輸入

控制

• 共 2 組 IO Module 將說明交握訊號至 NI FlexRIO FPGA (Present 與 Power good) 的狀態
• I²C 匯流排可適用於 IO Module 的 EEPROM 識別
  

標準的 NI FlexRIO 前端模組設計，即為 1 組能完整嵌入至金屬機殼的 PCB，並能固定於 NI FlexRIO FPGA 模組的表面。 雖然某些應用可能需要其他尺寸，但 NI 仍建議所有的前端模組均能符合上述機械需求。若超出上述條件之外的作業，則可能需要另外的機殼/固定解決方案。

前端模組的 PCB 規格

前端模組的 PCB 若不含邊緣的接頭範圍，則寬度約為 9.1 公分 (3.6 吋)，長度約為 10.9 公分 (4.3 吋)。  而兩邊的前端模組電路各可達約 35.56 平方公分 (14 平方吋) 的面積。 推薦使用的 PCB 厚度為 0.157 公分 (0.062 吋)±10%。  而 PCB 另外一面可供小型的被動元件使用，高度限於 0.127 公分 (0.05 吋)。[v1] NI FlexRIO FPGA 模組的介面，則是介面卡邊緣的接頭。 如此可省下所有前端模組各自使用特殊接頭的麻煩；然而，卻必須進行特定的 PCB 製作規格。介面卡邊緣接頭的配置檔案與機械繪圖，均已包含於 MDK 之中。 

前端模組機殼

前端模組機殼為上下 2 片的貝殼式設計。而 PCB 機板接口處共有 4 組固定螺絲。 其中包含調整針腳 (Alignment pin) 與固定螺絲，可連接 NI FlexRIO FPGA 模組。

前端模組前端接頭分窗

前端模組機殼包含 1 組插槽，可銜接人機介面的接頭介面。 此人機介面為簡單的矩形金屬片，可根據所需的接頭進行客制化。 下圖則為具有 2 組 BNC 接頭的人機介面範例：

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